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钻探电子教材

《土工技术与应用》项目组

2015年3月

土工技术与应用

土工技术与应用

钻探

1.岩土工程钻探的特点：

①钻探工程的布置，不仅要考虑自然地质条件，还需结合工程类型及其结构特点。如房屋建筑与构筑物一般应按建筑物的轮廓线布孔；

②孔深变化大，范围较大。除了深埋隧道以及为了解专门地质问题而进行的钻探外，孔深一般十余米至数十米，所以经常采用小型、轻便的钻机；?

③钻孔多具综合目的，除了查明地质条件外，还要取样、作原位测试和监测等；有些原位测试往往与钻进同步进行，所以不能盲目追求进尺；?

④在钻进方法、钻孔结构、钻进过程中的观测编录等方面，均有特殊的要求。如岩芯采取率、分层止水、水文地质观测、采取原状土样和软弱夹层、断层破碎带样品等要求。

由于钻探不受地形、地质条件限制，能直接观察岩芯和取样，精度较高，还能原位测试和检测，适用于各阶段勘察。

2.岩土工程钻探的特殊要求

①土层是岩土工程钻探的主要对象，应可靠地鉴定土层名称，准确判定分层深度，正确鉴别土层天然的结构、密度和湿度状态。为此，要求钻进深度和分层深度的量测误差范围应为±0.05m，非连续取芯钻进的回次进尺应控制在1m以内，连续取芯的回次进尺应控制在2m以内；某些特殊土类，需根据土体特性选用特殊的钻进方法；对鉴别地层天然湿度的钻孔，在地下水位以上的土层中钻进时应进行干钻，当必须加水或使用循环液、冲洗液时应采取双层岩芯管钻进；

②岩芯采取率要求较高。对岩层作岩芯钻探时，一般岩石不应低于80%，破碎岩石不应低于65%。对工程建筑物至关重要需重点查明的软弱夹层、断层破碎带、滑坡的滑动带等地质体和地质现象的部位，为保证获得较高的岩芯采取率，应采用岩芯管连续取芯的钻进方法。例如，尽量减少冲洗液或用干钻，采取双层岩芯管连续取芯，降低钻速，缩短钻程。当需确定岩石质量指标RQD时，应采用N型双层岩芯管钻进，其孔径为75mm，采取的岩芯直径为54mm，且宜采用金刚石钻头；

③钻孔水文地质观测和水文地质试验是岩土工程钻探的重要内容，借以了解岩土的含水性，发现含水层并确定其水位(水头)和涌水量大小，掌握各含水层之间的水力联系，测定岩土的渗透系数等。按照水文地质要求观测，分层止水、水位观测；

④在钻进过程中，为了研究岩土的工程性质，经常需要采取岩土样。坚硬岩石的取样可利用岩芯，但其中的软弱夹层和断层破碎带取样时，必须采取特殊措施。为了取得质量可靠的原状土样，需配备取土器，并应注意取样方法和操作工序，尽量使土样不受或少受扰动。采取饱和软粘土和砂类土的原状土样，还需使用特制的取土器。?

3.钻探的基本程序

（1)破碎岩土

首先要进行破碎岩土的钻进工作，钻进可以采用人力或机械力(绝大多数情况下采用机械钻进)，以冲击力、剪切力或研磨形式使小部分岩土脱离母体而成为粉末、小岩土块或岩土芯的现象就称为破碎岩土。在孔底将岩土全部破碎成粉末或小块的钻进方法称为“全面钻进”。而钻进过程中只破坏孔底环状部分岩土，中间岩土芯保留的钻进方法称为“取芯钻进”；

（2)采取岩土芯或排除破碎岩土

这一过程又分为三种方法：一是采用机械的方法，如用取样器、勺钻等取出岩土芯或碎块粉末；二是将岩粉或岩土碎块与水混合成岩粉浆或泥浆后，用抽筒抽出地表，如冲击钻；三是用流体(泥浆、清水、乳化液或空气)作为循环介质，将破碎的岩屑、土块输送到地表；

（3)加固孔壁(保护孔壁)

当在地壳中形成钻孔之后，钻孔周围原来的地层平衡稳定状态遭到破坏，继而可能引起孔壁坍塌。因此钻孔后必须对孔壁进行加固，加固方法有三种：一是借助于循环液的静水压力来平衡地层的侧向压力以维持其稳定，这种方法在现代的反循环钻进中得到充分利用；二是用惰性材料或化学材料对孔壁进行处理加固，常用的惰性材料有水泥、粘土，化学材料有混入循环液中的泥浆处理剂，还有如直接注入钻孔中的堵漏剂，如氰凝、丙凝等；三是用金属或非金属的套管下入钻孔中以支撑孔壁，这种方法虽然可靠，但成本较高。

4.钻探方法及适用性

（1）回转钻进：是采用底部焊有硬质合金的圆环状钻头进行钻进，钻进时一般要施加一定的压力（人力或机械），使钻头在旋转中切入岩土层以达到钻进的目的。它包括岩芯钻探、无岩芯钻探和螺旋钻探，岩芯钻进（合金或金刚石钻头）为孔底环状钻进，螺旋钻进为孔底全面钻进。

①螺旋钻进

适用于：细粒土

钻进方法：干法钻进

钻头：麻花形、勺形、提土器

麻花形、勺形钻头：人力或机械旋转力矩作用下，将钻头螺纹旋入土层，提钻时带出扰动土样

②环形钻进

适用于：土层、岩层

钻进方法：对孔底作切削研磨，用循环液清除输出岩粉，环形中心保留柱状岩芯

钻头：合金、钢粒、金刚石钻头

③无岩芯钻进

适用于：土层、岩层

钻进方法：对整个孔底作切削研磨，用循环液清除输出岩粉，可不提钻连续钻进，效率高，但不能取芯

钻头：鱼尾钻